家用光伏發電系統設計方案一 家用離式光伏發電系統原理及系統組成 在光照條件下，太陽電池根據光生伏特效應產生一定的電動勢，通過組件的串并聯形太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求。再通過充放控制器對蓄電池進行充電，將由光能轉換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統設備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統設備的安全使用。從而實現：太陽能電能化學能電能的轉換，滿足我們的日常生活需求。圖1-1 家用光伏發電系統二 各部分的作用為：（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽 能發電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。（二） 太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項；（三） 蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。（四） 逆變器：太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。三 各參數計算與設計1 農村一般家庭用電負荷統計 序號負載名稱規格描述單位數量每天工作時間日耗電量1節能燈20W/220V個55小時500WH2電視機150W/220V臺14小時600WH3洗衣機300W/220V臺11小時300WH4冰 箱200W/220V臺124小時1000WH5電飯煲1200W/220V個10.5小時600WH6總 計3000WH(3度) 表1-1 用電量統計 2 根據表1-1設計蓄電池組 （1）蓄電池的先用: 能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國內目前主要使用鉛酸免維護蓄電池，因為其固有的“免”維護特性及對環境較少污染的特點，很適合用于性能可靠的太陽能電源系統，特別是無人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經常維護及其環境污染較大，所以主要適于有維護能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅適用于較為特殊的場合。 (1)蓄電池容量計算：蓄電池的容量對保證連續供電是很重要的。在一年內，方陣發電量各月份有很大差別。方陣的發電量在不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補足；在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲存起來。所以方陣發電量的不足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據之一。同樣，連續陰雨天期間的負載用電也必須從蓄電池取得。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。 根據蓄電池容量計算公式：BC=AQLNLTOCC (AH) BC=1.2(300024)510.75=1000(AH) 注式中：A為安全系數，取1.11.4之間；QL為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數；NL為最長連續陰雨天數；TO為溫度修正系數，一般在0以上取1，10以上取1.1，10以下取1.2;CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。根據以上計算，需要4個250AH/12V的電池，兩個串聯成一組，共兩組。3 太陽能電池方陣設計（1）太陽能電池組件串聯數Ns將太陽能電池組件按一定數目串聯起來，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太陽能電池組件的串聯數必須適當。串聯數太少，串聯電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充電。如果串聯數太多使輸出電壓遠高于浮充電壓時，充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當太陽能電池組件的串聯電壓等于合適的浮充電壓時，才能達到最佳的充電狀態。計算方法如下：Ns=UR/Uoc=（UfUDUc）/Uoc =（5+0.7+0）/36=1式中：UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓；Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf為蓄電池浮充電壓；UD為二極管壓降，一般取0.7V；UC為其它因數引起的壓降。蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數有關，應等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯的電池數。（2）太陽能電池組件并聯數Np在確定NP之前，我們先確定其相關量的計算方法。將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht，轉換成在標準光強下的平均日輻射時數H。設地點為成都，則斜面日均輻射量為：10304。H=103042.77810000h=2.862式中：2.77810000（hm2/kJ）為將日輻射量換算為標準光強（1000W/m2）下的平均日輻射時數的系數。太陽能電池組件日發電量QpQp=IocHKopCz=5.02.8620.8850.8=10.13（AH）式中：Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數；Cz為修正系數，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。兩組最長連續陰雨天之間的最短間隔天數NW=30，此數據為本設計之獨特之處，主要考慮要在此段時間內將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=AQLNL=1.2（3000/24）5=750(AH) Qp=3000/24=125(AH)太陽能電池組件并聯數Np的計算方法為：Np=（BcbNwQL）/（QpNw）=(750+30125)/(10.1330)=14.81上式表達意為：并聯的太陽能電池組組數，在兩組連續陰雨天之間的最短間隔天數內所發電量，不僅供負載使用，還需補足蓄電池在最長連續陰雨天內所虧損電量。(3)太陽能電池方陣的功率計算根據太陽能電池組件的串并聯數，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：P=PoNsNp=180114=2520W式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。所以，需要180W/24V電池板14塊。四 控制器的安裝目前，家用系統大部分使用12V、24V和48V的直流太陽能系統，計算出太陽能板的總電流。公式如下：180W太陽能板14片/48V控制器=52.5A電流那么，采用兩個24V/30A太陽能充電控制器就可以滿足了。注意事項：如超過1000W的系統，盡量采用雙控制器，以便于檢測發電狀況和使用維護。控制器因為太陽能板在發電時候并不是始終處于最大電壓和電流，所以在選控制器是可以按40%50%的電流，就可以滿足了。五 逆變器的安裝逆變器是連接負載和電池的最后一個關鍵組件，采用純正弦波逆變器不會對任何電器電機的使用壽命造成影響。逆變器的計算公式如下：使用電器的功率之和1.25=要使用的逆變器容量 逆變器容量=（100+150+300+200+1200）1.25=2437.5（W） 因此，需要一個24W/2500W輸出220V/20HZ的逆變器。六 綜合上述計算該家用光伏發電系統方案及報價如下表：序號產品名稱描述單位數量單價（元）總價（元）1太陽能電池組件BSM180-72 180w/24v 單晶硅塊141224171362太陽能充電控制器CM3048(30A/24V)LED顯示臺24008003太陽能逆變器HX4K 24/48/96VDC 3000臺2320064004鉛酸免維護蓄電池塊4150060005其他支架 、電線等40006總計34336七 方案分析及討論 從整套家用獨立光伏發電系統的大概成本看要3.5萬元，成本較高按一般農村家庭來計算要十年后才能免費用電。對于成本較高的原因分析為以下幾點：1. 系統設計還不夠科學嚴謹。我對各部件產品的市場價格及性能不夠了解，所以在產品采購上的規劃還不是最優化的，從而導致成本較高。2. 從地點選擇上看：我設計地點在成都，而成都的日